Введение - Выбор трансформатора

Усилитель - это активный четырехполюсник (Рис. 1), к входным зажимам которого подводится входной сигнал U1,а к выходным присоединено сопротивление нагрузки Rн.

Мощность сигнала, выделяющаяся в нагрузке усилителя, представляет собой преобразованную энергию источников питания, управляемую входным напряжением или входным током.

Мощность сигнала на выходе усилителя больше, чем мощность на его входе. Это и отличает усилители от пассивных четырехполюсников, таких, как, например, трансформаторы, с помощью которых можно повысить напряжение или ток, но нельзя повысить мощность.

Источником входного сигнала может служить звукосниматель, фотоэлемент, микрофон, термопара и др. Нагрузкой усилителя обычно бывает громкоговоритель, записывающая головка магнитофона, электроннолучевая трубка и др.

Усилители можно разделить на различные типы по ряду признаков.

По роду усиливаемых электрических сигналов [1]:

Усилители гармонических сигналов.

Усилители импульсных сигналов.

К усилителям гармонических сигналов относятся микрофонные, магнитофонные, граммофонные записи звука и др.

К усилителям импульсных сигналов относятся усилители, предназначенные для усиления импульсных сигналов связи, радиолокации, телевидения, счетно-решающих устройств и др.

По ширине полосы частот входного сигнала:

Усилители постоянного тока.

Усилители переменного тока низкой и высокой частоты.

Усилители постоянного тока предназначаются для усиления постоянного или медленно меняющегося напряжения (тока) в пределах от частоты Fн=0 до частоты Fв, т. е. для усиления как постоянной, так и переменной составляющих входного сигнала.

Усилители переменного тока низкой и высокой частоты предназначаются для усиления сигнала с частотой от Fн до Fв. К таким усилителям относятся усилители гармонических и импульсных сигналов. В зависимости от диапазона частот входного сигнала усилители могут быть узкополосными и широкополосными [1].

Узкополосные усилители предназначаются для усиления сигналов в узкой полосе частот, например, от десятков герц до 15 кГц. Такие усилители часто называют усилителями низкой частоты. К узкополосным усилителям можно отнести и специальные избирательные усилители с полосой частот в несколько сот герц.

Широкополосные усилители предназначаются для усиления сигналов с более широким спектром частот, например, от нескольких десятков герц до нескольких мегагерц, и используются в качестве видеоусилителей, усилителей счетно-решающих устройств, усилителей радиолокационных устройств и др.

Усилители высокой частоты (УВЧ) или резонансные усилители применяются для усиления сигналов несущей частоты (как модулированных, так и немодулированных), например, принимаемых приемной антенной радиоприемного устройства. Кроме того, такие усилители используются для усиления промежуточной частоты в супергетеродинных приемниках.

Нагрузкой усилителей обычно являются колебательные контуры. Полоса частот, пропускаемая такими усилителями, зависит от параметров колебательных контуров и резонансной частоты и измеряется единицами, десятками и сотнями килогерц.

Основные показатели усилителей.

Усилители имеют показатели, характеризующие их свойства [1]. К таким показателям относятся:

Коэффициент усиления.

Диапазон частот входного сигнала.

Выходная мощность.

Коэффициент полезного действия.

Чувствительность.

Искажения.

Собственные помехи.

1. Коэффициент усиления.

Коэффициент усиления усилителя может быть по напряжению Кu, по току Ki, по мощности Kp.

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз напряжение, ток или мощность на выходе усилителя больше соответствующих значений на его входе. Коэффициент усиления может быть выражен в отвлеченных или в логарифмических единицах.

В отвлеченных единицах:

Ku=Uвых/Uвх Ki=Iвых/Iвх Kp=Pвых/Pвх

Для многокаскадных усилителей общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов.

2. Диапазон частот входного сигнала.

Диапазон частот входного сигнала зависит от назначения усилителя. Узкополосные усилители обычно предназначаются для усиления гармонических сигналов с частотным спектром от десятков герц до 10-15 кГц.

Широкополосные усилители предназначаются для более широкой полосы частот, например, от десятков герц до нескольких мегагерц. Это объясняется тем, что в большинстве случаев широкополосные усилители усиливают импульсные сигналы, которые можно представить в виде суммы гармонических составляющих. Спектральный состав импульсов зависит от формы и длительности импульсов. Спектр импульсов безграничен, но с увеличением номера гармоник их амплитуда убывает. Для практического воспроизведения формы импульсов можно ограничится лишь частью спектра. Так, для прямоугольного импульса за ширину полосы входного сигнала принимают полосу частот П, определяемую выражением:

П=2/tи,

Где tи - длительность импульса.

3. Выходная мощность.

Выходная мощность усилителя в зависимости от его назначения может быть от сотых долей ватта до сотен ватт. Максимальная мощность, которую можно получить на выходе усилителя при условии, что величина искажений сигнала на выходе не превысит заданной величины, называется номинальной мощностью. Эта мощность указывается в техническом паспорте прибора. При электрических испытаниях усилителей номинальная мощность определяется по величине выходного напряжения усилителя. Для этого на вход усилителя от звукового генератора подается напряжение с частотой 400 или 1000 Гц. Величина входного напряжения должна быть такой, чтобы на выходе усилителя установилось напряжение, равное значению: Uвых= Pвых Rн.

4. Коэффициент полезного действия.

Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя представляет собой отношение мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к суммарной мощности, потребляемой усилителем от источников питания.

Для ламповых усилителей КПД может определятся с учетом и без учета мощности, потребляемой цепями накала. Наиболее часто КПД усилителя рассчитывается без учета мощности, потребляемой цепями накала Рн, так как это дает возможность сравнивать экономичность работы ламп и транзисторов при различных электрических режимах работы.

5. Чувствительность.

Чувствительность усилителя характеризуется наименьшей величиной напряжения или тока входного сигнала при постоянной его частоте, при которой на выходе усилителя создается номинальная мощность или заданное напряжение. Чувствительность усилителя можно определить по амплитудной характеристике, показывающей зависимость выходного напряжения от входного.

Блок-схема усилителя.

В большинстве случаев усиление одного усилительного элемента бывает недостаточно, и в усилителе применяют несколько таких элементов, которые включаются так, чтобы электрические колебания, усиленные первым элементом, подводились ко второму, затем к третьему и т. д., т. е. чтобы сигнал усиливался отдельными ступенями. Часть схемы усилителя, составляющая одну ступень усиления, называется усилительной ступенью или усилительным каскадом.

Для наглядного изображения устройство усилителя применяют блок-схему, на которой прямоугольниками обозначают основные части (узлы) усилителя (Рис. 1).

блок-схема усилителя

Рис. 1. Блок-схема усилителя

Рассмотрим название отдельных частей (узлов) схемы [1]. Источником сигнала может являться любой источник тока, например, микрофон, звукосниматель, фотоэлемент и др. Предварительный усилитель усиливает напряжение, ток или мощность входного сигнала до необходимой величины, при которой будет нормально работать оконечный каскад усилителя. Предварительный усилитель может состоять из одного или нескольких каскадов предварительный усиления, количество которых будет определятся необходимым усилением сигнала. Если напряжение, ток или мощность, отдаваемые источником сигнала, достаточны для нормальной работы оконечного каскада, предварительный усилитель в составе усилителя не нужен. В каскадах предварительного усиления обычно применяются маломощные ламповые триоды и пентоды, а также транзисторы малой мощности.

Оконечный каскад усилителя предназначен для передачи в нагрузку заданной мощности или заданного напряжения сигнала. Нагрузкой усилителя в зависимости от его назначения может быть громкоговоритель, электроннолучевая трубка, реле или другие исполнительные устройства. В оконечном каскаде усилителя применяются так называемые выходные лампы - триоды и пентоды, рассчитанные на получение нужной выходной мощности или напряжения, а также транзисторы средней и большой мощности.

Исходные данные:

Uнm = 16 (В) - амплитуда напряжения на нагрузке;

Pн = 70 (Вт) - мощность на нагрузке;

Rн = 1,83 (Ом) - сопротивление нагрузки;

Iнm = 8,75 (А) - амплитуда тока на нагрузке;

Uвхm = 81 (мВ) - амплитуда входного напряжения;

Fн = 60 (Гц) - низшая частота усиливаемых сигналов;

Fв = 30 (кГц) - высшая частота усиливаемых сигналов.

Похожие статьи




Введение - Выбор трансформатора

Предыдущая | Следующая